Habang ang mundo ay nakikipag-ugnay sa klima pagbabago, kailangan agad nating humanap ng mga paraan para mabawasan ang ating CO? mga emisyon. Mga sektor na lubos na umaasa sa mga fossil fuel, gaya ng enerhiya at abyasyon, ay karaniwang gaganapin upang maging ang pinakamasamang nagkasala. Ngunit ang hindi napagtanto ng karamihan sa mga tao na mayroong isa pang salarin, na nagtatago sa payak na paningin; sa mga kalye ng ating mga lungsod, at sa mga gusali na tinitirhan namin at nagtatrabaho.

Sa 2007 lamang, bakal at kongkreto ang bawat isa ay may pananagutan para sa mas maraming CO? emisyon kaysa sa buong pandaigdigang industriya ng abyasyon. Bago maabot ang lugar ng konstruksyon, ang bakal at semento ay dapat iproseso sa napakataas na temperatura - at ito ay nangangailangan ng maraming enerhiya. Kaya paano natin mababawasan ang ating pag-asa sa mga "marumi" na materyales na ito, kung ang mga ito ay gumaganap ng napakahalagang papel sa pagtatayo?

Ang isang pagpipilian ay ang paggamit ng mga likas na materyales, tulad ng kahoy. Ang mga tao ay nagtatayo ng kahoy para sa libo-libong taon, at mga istruktura na gawa sa kahoy kasalukuyang nakakaranas ng isang menor de edad na muling pagkabuhay - bahagyang dahil ito ay isang mura at napapanatiling materyal.

Ngunit may ilan mga disadvantages sa pagbuo ng kahoy; ang materyal ay maaaring mag-war sa mga kahalumigmigan na kondisyon, at madaling kapitan ng pag-atake ng mga peste tulad ng mga anay. At habang ang mga likas na materyales, tulad ng kahoy, ay nakakaakit mula sa isang pananaw sa kapaligiran, maaari silang hindi nasisiyahan para sa mga inhinyero na maaaring gumawa ng mga sangkap sa isang tiyak na hugis o laki.

Pagkopya ng buhay

Kaya paano kung, sa halip na gumamit ng mga likas na materyales tulad ng nakita natin ang mga ito, gumawa kami ng mga bagong materyales na kinasihan ng kalikasan? Ang ideyang ito ay nagsimula upang makakuha ng traksyon sa komunidad ng pananaliksik sa 1970 at talagang sumabog sa 1990, kasama ang pagbuo ng mga pamamaraan ng nanotechnology at nanofabrication. Ngayon, ito ay bumubuo ng batayan ng isang bagong larangan ng siyentipikong pananaliksik: ibig sabihin, "biomimetics" - literal na "pagkopya ng buhay".

Ang mga biological cell ay madalas na tinutukoy bilang "ang mga bloke ng gusali ng buhay", Dahil ang mga ito ay ang pinakamaliit na yunit ng buhay na bagay. Ngunit upang lumikha ng isang multi-cellular na organismo tulad mo o sa akin, ang mga cell ay dapat magtipon kasama ang isang istruktura ng suporta upang mabuo ang mga biological na materyal na ginawa namin, mga tisyu tulad ng buto, kartilago, at kalamnan. Ito ay mga materyales na tulad nito, na interesado ng mga siyentipiko sa biomimetics para sa inspirasyon.

Upang makagawa ng mga materyales na biomimetic, kailangan nating magkaroon ng isang malalim na pag-unawa sa kung paano gumagana ang mga likas na materyales. Alam namin na ang mga likas na materyales ay "mga composite": ang mga ito ay gawa sa maraming magkakaibang base na materyales, bawat isa ay may iba't ibang mga katangian. Ang mga pinagsama-samang materyales ay madalas na magaan kaysa sa mga solong sangkap ng sangkap, tulad ng mga metal, habang mayroon pa ring kanais-nais na mga katangian tulad ng higpit, lakas at katigasan.

Paggawa ng mga materyales na biomimetic

Ang mga inhinyero ng materyales ay gumugol ng mga dekada na sinusukat ang komposisyon, istraktura at mga katangian ng mga likas na materyales tulad ng buto at egghell, kaya mayroon kaming isang mahusay na pag-unawa sa kanilang mga katangian.

Halimbawa, alam natin na ang buto ay binubuo ng hydrated protein at mineral, sa halos pantay na proporsyon. Ang mineral ay nagbibigay ng katigasan at katigasan, habang ang protina ay nagbibigay ng katigasan at paglaban sa bali. Bagaman ang mga buto ay maaaring masira, ito ay medyo bihirang, at may pakinabang sila sa pagiging nakapagpapagaling sa sarili - isa pang tampok na sinusubukan ng mga inhinyero na dalhin sa mga materyales na biomimetic.

Tulad ng buto, egghell ay isang composite material, ngunit ito ay sa paligid ng 95% mineral at tanging 5% hydrated protein. Gayunpaman kahit na ang maliit na halaga ng protina ay sapat na upang maging mahirap ang mga itlog, isinasaalang-alang ang pagiging manipis nito - tulad ng napansin ng karamihan sa mga nagluluto ng agahan. Ang susunod na hamon ay upang gawing matatag ang kaalamang ito.

Mayroong dalawang mga paraan upang gayahin ang mga likas na materyales. Alinman maaari mong gayahin ang komposisyon ng materyal mismo, o maaari mong kopyahin ang proseso kung saan ginawa ang materyal. Dahil ang mga likas na materyales ay ginawa ng mga nabubuhay na nilalang, walang mataas na temperatura na kasangkot sa alinman sa mga pamamaraan na ito. Tulad ng mga ito, mga materyales na biomimetic - tawagan natin sila na "neo-bone" at "neo-egghell" - mas kaunting enerhiya na makagawa kaysa sa bakal o kongkreto.

Sa laboratoryo, nagtagumpay kami sa paggawa sentimetro-scale na mga sample ng neo-bone. Ginagawa namin ito sa pamamagitan ng paghahanda ng iba't ibang mga solusyon ng protina kasama ang mga sangkap na gumagawa ng mineral mineral. Ang isang pinagsama-samang materyal na neo-bone ay pagkatapos ay na-deposito mula sa mga solusyon na ito sa isang biomimetic na paraan sa temperatura ng katawan. Walang dahilan na ang prosesong ito - o isang pinabuting, mas mabilis na bersyon nito - ay hindi mai-scale hanggang sa isang antas ng pang-industriya.

Siyempre, ang bakal at kongkreto ay nasa lahat ng dako, kaya ang paraan ng pagdisenyo at pagtatayo ng mga gusali ay na-optimize para sa mga materyales na ito. Upang simulan ang paggamit ng mga materyales na biomimetic sa malaking sukat, kakailanganin nating ganap na muling pag-isipan ang aming mga code ng gusali at pamantayan para sa mga materyales sa konstruksyon. Ngunit pagkatapos, kung nais nating magtayo ng mga lungsod sa hinaharap sa isang napapanatiling paraan, marahil isang pangunahing pag-iisipang muli ay eksaktong kinakailangan. Ang agham ay nasa pagkabata pa rin, ngunit hindi nangangahulugang hindi namin maipangarap ang malaki sa hinaharap.